時(shí)間：2023-07-13 16:31:03
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(一)醫(yī)學(xué)科學(xué)研究的發(fā)展史
(二)醫(yī)學(xué)科學(xué)研究的類型
1.基礎(chǔ)研究:
增加科學(xué)技術(shù)知識(shí)和發(fā)現(xiàn)探索領(lǐng)域的任何創(chuàng)造性活動(dòng),而不考慮任何特定的實(shí)際目的。
研究?jī)?nèi)容:
保持人體健康的規(guī)律,健康指標(biāo)的分子基礎(chǔ),人體功能與結(jié)構(gòu)的研究
疾病的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)歸全過(guò)程的規(guī)律及分子基礎(chǔ)
人體衰老過(guò)程的規(guī)律及分子基礎(chǔ)
人體的生物力學(xué)、流體力學(xué)、電子學(xué)
化學(xué)藥物的構(gòu)效關(guān)系、植物藥的有效成分
2.應(yīng)用研究:
增加科學(xué)技術(shù)知識(shí)的創(chuàng)造性的系統(tǒng)活動(dòng),但考慮到特定的實(shí)際目的。
研究?jī)?nèi)容:
疾病的病因、流行規(guī)律、治療及預(yù)防效果的機(jī)制研究
為實(shí)驗(yàn)研究需建立的動(dòng)物模型、細(xì)胞株的研究
流行病學(xué)調(diào)查、考核防治效果的方法學(xué)研究
尋找新藥物、新生物制品、新醫(yī)用材料的方法、有效藥物的藥理作用機(jī)制、藥代動(dòng)力學(xué)、醫(yī)用材料的機(jī)體相容性的機(jī)制研究
3.實(shí)驗(yàn)發(fā)展研究:
又稱開發(fā)性研究,是運(yùn)用基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究及實(shí)驗(yàn)知識(shí),為了推廣新材料、新產(chǎn)品、新設(shè)計(jì)、新流程、新方法,或?yàn)榱藢?duì)現(xiàn)有進(jìn)行重大改進(jìn)的創(chuàng)造性活動(dòng)。
研究?jī)?nèi)容:
有關(guān)疾病的新的診斷、治療、預(yù)防方法及措施的研究
有關(guān)新藥物、新生物制品、新器械、新試劑、新醫(yī)用材料、實(shí)驗(yàn)室樣品研制
有關(guān)藥物的資源調(diào)查、植物藥的試驗(yàn)
其它分類方法:
觀察性研究(描述性研究、分析性研究)
實(shí)驗(yàn)性研究(動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、臨床實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)、社區(qū)干預(yù)和整群隨機(jī)試驗(yàn))
理論性研究
按研究目的:
描述性(記述性)研究:客觀描述研究對(duì)象的某些現(xiàn)象或特征,如個(gè)案報(bào)道
闡述性研究:闡明研究對(duì)象的本質(zhì)及其規(guī)律性,如論著
按研究深度和廣度:
基礎(chǔ)性研究:如遺傳基因的研究
臨床應(yīng)用研究:如新藥的臨床觀察
按學(xué)科范圍:
專科研究:局限于?？颇愁I(lǐng)域內(nèi)
多學(xué)科研究:涉及多個(gè)學(xué)科
邊緣學(xué)科研究:介于兩個(gè)或多個(gè)學(xué)科相互滲透交叉處的研究
按研究的主要形式:
分析性研究:將研究對(duì)象從總體聯(lián)系中分解出若干分支,然后同時(shí)或逐個(gè)進(jìn)行分析
綜合性研究:在逐個(gè)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)性綜合認(rèn)識(shí),揭示整體聯(lián)系
按研究方法:
Ⅰ型研究:隨機(jī)、對(duì)照研究
Ⅱ型研究:隊(duì)列(組群)研究
Ⅲ型研究:病例對(duì)照和多因素研究
Ⅳ型研究:敘述性研究和專家評(píng)論
(三)醫(yī)學(xué)科學(xué)研究的基本程序
研究課題的選定
搜集閱讀文獻(xiàn)
提出設(shè)計(jì)與假說(shuō)
制定科研計(jì)劃
申報(bào)研究課題
進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與觀察
搜集科學(xué)數(shù)據(jù)與材料
整理加工及統(tǒng)計(jì)學(xué)處理
形成科學(xué)概念和結(jié)論
撰寫論文并發(fā)表
鑒定成果與推廣應(yīng)用
二、醫(yī)學(xué)科研選題
(一)選題在科研工作中的意義
(二)選題的原則(6原則)
1.科學(xué)性:必須要有依據(jù),符合客觀規(guī)律,符合邏輯性
2.創(chuàng)新性:充分了解本課題領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外研究狀況和水平,是選題的首要前提
3.適用性:實(shí)際、需要、適當(dāng)
4.目的性:有明確的研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容和預(yù)期成果
5.可行性:研究課題主要技術(shù)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)的可能性,包括技術(shù)水平、設(shè)備條件、科研試劑、經(jīng)費(fèi)來(lái)源等
6.效益性:基礎(chǔ)研究要有重要的科學(xué)意義,應(yīng)用性研究要有應(yīng)用前景,具有可開發(fā)性和可推廣性
(三)選題的思維過(guò)程
提出問(wèn)題和確立選題的過(guò)程
(四)選題的方法
1.前瞻性研究:所采用的原始資料是嚴(yán)格按實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)方法獲得的,確定選題不受既往積累資料的限制,故選題有極大的活動(dòng)度和隨意性。
(1)在臨床實(shí)踐中選題
(2)在閱讀文獻(xiàn)資料中選題
(3)重復(fù)前人實(shí)驗(yàn)研究選題
2.回顧性研究:是對(duì)過(guò)去某段時(shí)間內(nèi)自己經(jīng)歷的病例資料,或搜集本單位某階段收治的某種疾病的病例資料作為選題,進(jìn)行歸納、分析、總結(jié)。
(1)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)選題
(2)發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題選題
(3)總結(jié)教訓(xùn)選題
(五)選題的途徑
社會(huì)需要中
事物之間的聯(lián)系中
原有理論與新事實(shí)不符中不同學(xué)說(shuō)的見(jiàn)解中
不同學(xué)科交叉的邊緣中
不同的信息渠道中
(六)選題的應(yīng)用
1.病因?qū)W研究選題(病因)
病因?qū)W研究選題
并存病的因果效應(yīng)研究選題
致病因素的量與病研究選題
2.診斷性試驗(yàn)研究選題(診斷)
診斷標(biāo)準(zhǔn)選擇研究選題
3.疾病治療性研究選題(治療)
藥物治療、手術(shù)治療、其它治療、預(yù)后治療
4.藥物不良反應(yīng)研究選題(預(yù)后)
劑量-效應(yīng)關(guān)系研究選題
藥物不良反應(yīng)遠(yuǎn)期效應(yīng)研究選題
三、醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)檢索
(一)文獻(xiàn)的分類 1.一次文獻(xiàn):又稱原始文獻(xiàn),凡以作者本人的工作或科研成果創(chuàng)作的原始論文,不管引用或參考了他人的著作或文獻(xiàn)資料,均屬一次文獻(xiàn),包括期刊論文、研究報(bào)告、會(huì)議文獻(xiàn)、學(xué)位論文等
2.二次文獻(xiàn):是對(duì)一次文獻(xiàn)進(jìn)行搜集、整理、加工、編制而成,以檢索工具的形式發(fā)表,包括目錄、索引、文摘等
3.三次文獻(xiàn):是在廣泛利用二次文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)一次文獻(xiàn)做出系統(tǒng)整理、概括、分析與綜合而成,包括綜述、述評(píng)、進(jìn)展以及年鑒、手冊(cè)、教科書、指南、辭典等
4.零次文獻(xiàn):在形成一次文獻(xiàn)之前的信息、知識(shí),即尚未形成文字記載或未公開發(fā)表的材料,包括書信、手稿、記錄或口頭交談等
按出版形式分類:
圖書、期刊、專利文獻(xiàn)、學(xué)位論文、科技報(bào)告、會(huì)議文獻(xiàn)、技術(shù)檔案等
按文獻(xiàn)載體分類:
印刷型、微縮型、聲像型、機(jī)讀型、光盤型、電子網(wǎng)絡(luò)型
(二)檢索工具
1.書本型檢索工具
中文科技資料目錄(醫(yī)藥衛(wèi)生)
國(guó)外科技資料目錄(醫(yī)藥衛(wèi)生)
美國(guó)醫(yī)學(xué)索引(Index Medicus)
荷蘭醫(yī)學(xué)文摘(Excerpta Medica)
美國(guó)生物學(xué)文摘(Biological Abstracts)
美國(guó)化學(xué)文摘(Chemical Abstracts)
2.光盤型檢索工具
中國(guó)生物醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)(CBM-disc)
中文生物醫(yī)學(xué)期刊數(shù)據(jù)庫(kù)(CMCC)
1、所選統(tǒng)計(jì)方法脫離了資料的性質(zhì)
不同的資料類型和不同的研究目的采用不同的統(tǒng)計(jì)方法。按照資料的性質(zhì)測(cè)定指標(biāo)的多少，確定資料是計(jì)數(shù)資料還是計(jì)量資料，應(yīng)用單因素分析還是多因素分析。
1〃1多因素資料是對(duì)每個(gè)研究對(duì)象測(cè)量的多個(gè)指標(biāo)同時(shí)進(jìn)行的綜合分析，其分析計(jì)算過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。常用的有回歸分析；相關(guān)分析以及判別分析、聚類分析、主成分分析和因子分 析等。多因素分析多用于計(jì)量資料。
1〃2 單因素分析應(yīng)用較多，按獲取資料的方法，分計(jì)數(shù)資料和計(jì)量資料。首先，計(jì)數(shù)資料主要是針對(duì)要求某現(xiàn)象的頻率和比例，利用率或比的相應(yīng)計(jì)算方法。如做不同樣本問(wèn)的比 較則采用計(jì)數(shù)資料的顯著性檢驗(yàn)，樣本率與總體率的比較用u檢驗(yàn)；兩個(gè)樣本率的比較可用u檢驗(yàn)或四格表的x 檢驗(yàn)，多個(gè)樣本率的比較可用行乘列的卡方檢驗(yàn)或2XC表的卡方檢驗(yàn)。其次，計(jì)量資料要結(jié)合研究目的確定相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)方法。對(duì)于顯著性檢驗(yàn)通常有T檢驗(yàn)和F檢驗(yàn)，T檢驗(yàn)是用于兩個(gè)均數(shù)問(wèn)的比較，按研究設(shè)計(jì)與比較內(nèi)容的不同又分為樣本均數(shù)和總體均數(shù)的比較，兩個(gè)樣本均數(shù)差別的檢驗(yàn)，配對(duì)資料的顯著性檢驗(yàn)。F檢驗(yàn)用于多個(gè)樣本均數(shù)的比較，按設(shè)計(jì)類型分完全隨機(jī)設(shè)計(jì)的方差分析、隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)的方差分析和組內(nèi)分組資料的方差分析。
2、根據(jù)研究目的選用統(tǒng)計(jì)分析方法
不同的統(tǒng)計(jì)方法說(shuō)明不同的問(wèn)題，同樣不同的問(wèn)題要應(yīng)用不同的統(tǒng)計(jì)方法來(lái)分析和表達(dá)。研究者在做統(tǒng)計(jì)分析前，首先要明確資料分析的目的、意圖是什么，通過(guò)分析最終達(dá)到什么樣的期望，臨床工作者科研通常的目的主要有：
2〃1某現(xiàn)象發(fā)生的頻率或比例如人群中重復(fù)癌的發(fā)生率，
采用頻率指標(biāo)，構(gòu)成指標(biāo)或相對(duì)比，可計(jì)算發(fā)病、患病、感染、陽(yáng)性頻率或構(gòu)成等。 2〃2某人群的特征值，如平均身高、體重、血壓等，采用平均水平和變異的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。 2 . 3 臨床正常值范圍如血紅蛋白、血糖、尿鉛含量，多采用中位數(shù)法或平均數(shù)法。
2〃4 臨床診斷方法效率評(píng)價(jià)，可分別計(jì)算各種診斷方法對(duì)某病診斷的準(zhǔn)確度和可靠度，如x線對(duì)肺癌的診斷。
2〃5 臨床療效分析比較 如幾種藥物療效的比較，視資料性質(zhì)作顯著性檢驗(yàn)。
2〃6 現(xiàn)象間關(guān)聯(lián)情況分析如眼PSRT與屈光度的關(guān)系，用線形相關(guān)和回歸分析。 2〃7 人群的歸類、評(píng)價(jià)，可選用判別分析、聚類分析、主成分分析等。
臨床研究和實(shí)踐中決不能通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法去實(shí)現(xiàn)自己的想象。根據(jù)已確定的結(jié)果刻意去套用某種統(tǒng)計(jì)方法，用目的去規(guī)劃統(tǒng)計(jì)過(guò)程，只要分析比較，就一定要求結(jié)果顯著等 等現(xiàn)象，只能使文章更為空洞，有失科學(xué)性。
3 嚴(yán)格把握統(tǒng)計(jì)方法的適用條件
各種統(tǒng)計(jì)分析方法都有其適應(yīng)條件，在選用統(tǒng)計(jì)方法時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格把握，充分考慮所分析的資料是否符合其適用條件。對(duì)于計(jì)量資料在計(jì)算均數(shù)或顯著性檢驗(yàn)時(shí)，其基本條件
是正態(tài)分布、方差齊性，在資料分析時(shí)要通過(guò)圖示或檢驗(yàn)看是否符合這些基本條件，若不符合則需要做相應(yīng)的處理。計(jì)算集中趨勢(shì)指標(biāo)可使用中位數(shù)或幾何均數(shù)。做統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)
可通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換使其成為正態(tài)分布，常用的轉(zhuǎn)換方式有對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換、冪指數(shù)轉(zhuǎn)換、平方根轉(zhuǎn)換等，或者改非參數(shù)檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料各種方法均有其自身的適應(yīng)條件，如上列舉的方法其基本條件是某一事件概率不會(huì)太小，若發(fā)生概率太低，則改用小概率事件顯著性檢驗(yàn)。 4 充分理解資料樣本含量的概念
統(tǒng)計(jì)學(xué)是對(duì)研究樣本進(jìn)行抽象歸納的科學(xué)，沒(méi)有足夠的樣本量就不可能得出正確的結(jié)論，而且統(tǒng)計(jì)方法也有其樣本量的要求。如四格表的卡方檢驗(yàn)要求樣本量大于40，方格中理論數(shù)大于5(n~>40，t>5)，若不符合則用校正卡方檢驗(yàn)或精確概率法。行x列表的卡方檢驗(yàn)要求理論數(shù)均大于1且小于5者不超過(guò)表中數(shù)的1／5，若不符合則改用其它方法(合理合并)。 5 合理控制混雜因素的影響
任何一種現(xiàn)象的發(fā)生都不是單純的，要受多種因素的影響。當(dāng)分析比較不同人群某現(xiàn)象的發(fā)生或存在狀況時(shí)，要考慮除研究因素以外比較組之間其它條件是否相同，內(nèi)部構(gòu)成是否一致，其它因素對(duì)研究現(xiàn)象的影響如何。例如，有人研究文化素質(zhì)對(duì)生育水平的影響，按年齡分組，發(fā)現(xiàn)50歲以上年齡組比20歲以上年齡組生育水平高而文化素質(zhì)低，因而結(jié)論是文化素質(zhì)與生育水平呈負(fù)相關(guān)。這一結(jié)論的錯(cuò)誤就在于做缺乏資料的綜合分析認(rèn)識(shí)能力和混雜因素對(duì)研究現(xiàn)象的影響，忽視我國(guó)計(jì)劃生育政策對(duì)不同年齡婦女生育的作用。
混雜因素應(yīng)在研究之前通過(guò)研究對(duì)象選擇、設(shè)立對(duì)照、隨機(jī)、匹配、雙盲法等控制，但如果事先沒(méi)有良好設(shè)計(jì)，則通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法可以控制。若資料內(nèi)部構(gòu)成不同，存在混雜因
素，簡(jiǎn)便方法是分組比較或標(biāo)化處理。若樣本量不允許分組，則對(duì)計(jì)數(shù)資料可用組內(nèi)分組的卡方檢驗(yàn)、卡方值分割法、加權(quán)卡方檢驗(yàn)法等，計(jì)量資料的比較可用協(xié)方差分析。
[關(guān)鍵詞]本科生；科研方法訓(xùn)練；自主學(xué)習(xí)；實(shí)證
[中圖分類號(hào)]G642.0
[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A
[文章編號(hào)]1005—4634（2012）04—0026—05
0 引言
大學(xué)生積極參與科研實(shí)踐活動(dòng)有利于培養(yǎng)其自主學(xué)習(xí)能力及學(xué)術(shù)創(chuàng)新意識(shí)。近15年來(lái)，國(guó)內(nèi)研究型大學(xué)、教學(xué)研究型大學(xué)相繼提供了大學(xué)生科研立項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)室開放計(jì)劃、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)等科研機(jī)會(huì)。對(duì)本科生科研實(shí)踐的經(jīng)費(fèi)支持在不斷增加，本科生參與科研活動(dòng)的人數(shù)不斷攀升，一些大學(xué)已取得了顯著的培養(yǎng)效果。近年來(lái)本科生發(fā)表的學(xué)術(shù)論文數(shù)量呈上升趨勢(shì)，少數(shù)論文甚至在高水平國(guó)際學(xué)術(shù)期刊或國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議中發(fā)表。然而在少數(shù)拔尖學(xué)生脫穎而出的同時(shí)，本科生的整體學(xué)術(shù)素養(yǎng)仍處于較低水平，例如本科生的課程論文、畢業(yè)論文中存在大面積的學(xué)術(shù)不規(guī)范行為。
來(lái)自本科生科研實(shí)踐管理部門的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，盡管本科生參與科研立項(xiàng)的積極性很高，但完成立項(xiàng)的比率卻比較低。如2007、2008年華中師范大學(xué)本科生科研立項(xiàng)結(jié)項(xiàng)率僅為20%—30%。部分學(xué)生反映，學(xué)生缺乏必要的科研技能是導(dǎo)致科研立項(xiàng)難以開展的主要原因。部分指導(dǎo)教師反映，一些學(xué)生缺乏基本的學(xué)術(shù)修養(yǎng)，幾乎不具備參與探索型科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力。相比較而言，美國(guó)的高水平大學(xué)在鼓勵(lì)本科生參與科研的同時(shí)，也注重學(xué)生基礎(chǔ)科研素養(yǎng)的培養(yǎng)，既給高年級(jí)本科生提供參與科研項(xiàng)目的機(jī)會(huì)，又給低年級(jí)本科生開設(shè)學(xué)術(shù)寫作、文獻(xiàn)引用規(guī)范、田野調(diào)查等科研方法訓(xùn)練課程。作為給本科生講授基本但必要的科研方法知識(shí)的嘗試，筆者于2007年9月至今，在華中師范大學(xué)面向全校本科生開設(shè)了公共素質(zhì)課程“本科生科研方法訓(xùn)練”。該課程已講授10次，選課學(xué)生共924人。以下根據(jù)7個(gè)學(xué)期的教學(xué)經(jīng)歷，討論國(guó)內(nèi)大學(xué)如何為本科生提供必要的科研方法訓(xùn)練。
本文結(jié)構(gòu)安排如下：第一部分討論中國(guó)和美國(guó)的本科生科研方法訓(xùn)練模式差異；第二部分介紹“本科生科研方法訓(xùn)練”的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)重點(diǎn)；第三部分展示該課程的教學(xué)效果；第四部分對(duì)該課程的推廣提出建議；第五部分總結(jié)全文。
1 中美本科生科研方法訓(xùn)練模式比較
自上世紀(jì)60年代以來(lái)，美國(guó)的研究型大學(xué)為本科生參與科研實(shí)踐活動(dòng)提供了諸多機(jī)會(huì)。目前美國(guó)研究型大學(xué)的本科生科研活動(dòng)不僅經(jīng)費(fèi)比較充裕，更有完善的組織管理制度。為了讓學(xué)生順利地參與科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，美國(guó)的大學(xué)為低年級(jí)本科生提供了系統(tǒng)的科研方法訓(xùn)練，以下是其三個(gè)特點(diǎn)：（1）新入學(xué)的本科生通過(guò)閱讀大學(xué)的“榮譽(yù)規(guī)則”或“學(xué)術(shù)誠(chéng)信規(guī)則”，就可以了解基本的學(xué)術(shù)道德，以及違背學(xué)術(shù)道德的嚴(yán)重后果。（2）對(duì)低年級(jí)本科生開設(shè)學(xué)術(shù)寫作、口頭報(bào)告、田野調(diào)查等科研技能培訓(xùn)課程。有些學(xué)科的著名教授甚至也講授該類基礎(chǔ)課程，如著名的計(jì)算機(jī)科學(xué)家Donas E.Knuth教授曾在斯坦福大學(xué)講授學(xué)術(shù)論文寫作課程。（3）關(guān)于科研方法訓(xùn)練的教材數(shù)量豐富、質(zhì)量很高。Donas E.Knuth教授參與撰寫的關(guān)于數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)論文寫作方法的教材，對(duì)如何描述數(shù)學(xué)公式等有極為詳盡的說(shuō)明。該教材在互聯(lián)網(wǎng)上免費(fèi)了多年，如今仍是該領(lǐng)域論文寫作的經(jīng)典資料。
國(guó)內(nèi)一些大學(xué)也開設(shè)了關(guān)于科研方法訓(xùn)練的課程，例如：科技文獻(xiàn)檢索、學(xué)術(shù)論文寫作等。國(guó)內(nèi)的本科生科研方法訓(xùn)練大致分為兩種形式：第一，對(duì)特定專業(yè)的學(xué)生展開培訓(xùn)，如教育學(xué)、醫(yī)學(xué)等專業(yè)對(duì)此尤為重視；第二，對(duì)不同專業(yè)的大學(xué)生進(jìn)行普及性訓(xùn)練，如清華大學(xué)開設(shè)的“實(shí)驗(yàn)室研究方法”、華中師范大學(xué)開設(shè)的“本科生科研方法訓(xùn)練”、“IT下的研究與論文寫作”。總體而言，國(guó)內(nèi)大學(xué)的本科生科研方法訓(xùn)練類課程數(shù)量較少，且大多只關(guān)注某一方面能力的培養(yǎng)，多數(shù)本科生缺乏必要的科研方法訓(xùn)練。
2007—2009年，筆者在“本科生科研方法訓(xùn)練”課堂中展開了5次匿名問(wèn)卷調(diào)查。表1顯示出華中師范大學(xué)本科生接受科研方法訓(xùn)練的狀況：約半數(shù)的本科生缺少基本的科研方法訓(xùn)練；約三分之一的學(xué)生從專業(yè)課學(xué)習(xí)中，獲得了一些科研方法訓(xùn)練：少數(shù)對(duì)科研活動(dòng)有濃厚興趣的學(xué)生，通過(guò)自學(xué)獲得科研方法訓(xùn)練。筆者曾就此向武漢其它幾所教育部直屬高校的一些教師展開口頭調(diào)查，均反映本科生缺乏系統(tǒng)的科研方法訓(xùn)練。可見(jiàn)，絕大多數(shù)本科生缺乏必要的科研方法訓(xùn)練，并不是某個(gè)課堂、某所大學(xué)的特有現(xiàn)象，而是國(guó)內(nèi)大學(xué)的普遍現(xiàn)象。
多數(shù)本科生盼望有機(jī)會(huì)獲得必要的科研方法訓(xùn)練。表2是在華中師范大學(xué)的5次問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果，一半以上的學(xué)生很期盼接受系統(tǒng)的科研方法訓(xùn)練，幾乎無(wú)人認(rèn)為科研方法訓(xùn)練是不必要的。在以上5次問(wèn)卷調(diào)查中，都有不少學(xué)生提議：應(yīng)對(duì)大一學(xué)生以必修課方式展開科研方法訓(xùn)練。他們認(rèn)為，本科生科研方法訓(xùn)練課開設(shè)得越早，越能有效提高本科生的學(xué)術(shù)修養(yǎng)，促進(jìn)他們自主學(xué)習(xí)、參與科研活動(dòng)。
2 課程的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)重點(diǎn)
關(guān)鍵詞：計(jì)算方法；教學(xué)改革；應(yīng)用型人才；人才培養(yǎng)模式；創(chuàng)新能力
計(jì)算方法課程是高等院校本科層次信息與計(jì)算專業(yè)的核心課程，其教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握數(shù)值計(jì)算和程序設(shè)計(jì)方法，提高科學(xué)計(jì)算中分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。隨著社會(huì)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)值計(jì)算方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用到生物、經(jīng)濟(jì)、材料、制造、氣象、設(shè)計(jì)等諸多領(lǐng)域，使得學(xué)生掌握這一專業(yè)知識(shí)顯得尤為重要[1]。盡管經(jīng)過(guò)幾十年的建設(shè)和發(fā)展，計(jì)算方法研究的理論體系逐步完善，教材和相關(guān)教輔著作日趨豐富，但是該課程的教學(xué)仍然存在教學(xué)觀念陳舊、教學(xué)方法落后和重理論輕實(shí)踐的問(wèn)題，不能滿足新形勢(shì)下應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求[2]。鑒于此，本文就當(dāng)前計(jì)算方法課程存在的問(wèn)題，結(jié)合本人從事該課程教學(xué)積累的經(jīng)驗(yàn)，從教學(xué)觀念、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式等方面探討該課程的教學(xué)改革思路。
一、計(jì)算方法課程的特點(diǎn)及教學(xué)中存在的不足
(一)計(jì)算方法課程的特點(diǎn)
計(jì)算方法課程的內(nèi)容較多，涉及高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、微分方程、泛函分析等方面的知識(shí)，且其理論性較強(qiáng)，尤其是算法推導(dǎo)、穩(wěn)定性分析、收斂性分析、誤差分析等內(nèi)容。計(jì)算方法課程各章節(jié)知識(shí)之間的獨(dú)立性強(qiáng)，連貫性弱，且數(shù)學(xué)公式繁多、復(fù)雜、抽象，不利于學(xué)生記憶[1]。計(jì)算方法是一個(gè)將數(shù)學(xué)科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)結(jié)合在一起的交叉學(xué)科，同一數(shù)值計(jì)算問(wèn)題的解決可以有許多不同的方法，不同算法的計(jì)算誤差和計(jì)算效率也不相同，而問(wèn)題的解決最終要通過(guò)編寫計(jì)算機(jī)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性。
(二)計(jì)算方法課程教學(xué)中存在的不足
根據(jù)筆者的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，目前該課程教學(xué)中主要存在如下幾個(gè)方面的問(wèn)題：1.既有教材難以很好地滿足教學(xué)要求近年來(lái)，筆者所在的計(jì)算方法課程教學(xué)組先后選用了不同版本的教材，但感覺(jué)到這些教材都不能很好地滿足應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要。例如，李慶揚(yáng)主編的《數(shù)值分析》是很多本科院校理工科使用的一部經(jīng)典的優(yōu)秀教材，其理論性強(qiáng)，內(nèi)容豐富，但在應(yīng)用方面有所欠缺，不能很好地滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。再如，王能超編寫的《數(shù)學(xué)分析簡(jiǎn)明教材》具有內(nèi)容精煉、深入淺出、通俗易懂的特點(diǎn)，是高等院校一般工科專業(yè)計(jì)算方法課程的優(yōu)秀教材，但由于該教材較少涉及算法實(shí)際的應(yīng)用背景，且對(duì)算法實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的介紹較少，因此易導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，不能很好地滿足應(yīng)用型本科院校教學(xué)的需要。2.實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容匱乏在不少高校，計(jì)算方法課程計(jì)劃中安排的學(xué)時(shí)•152•數(shù)普遍較少，如筆者授課的班級(jí)，該課程總共安排48學(xué)時(shí)，其中理論課32學(xué)時(shí)，上機(jī)實(shí)驗(yàn)課16學(xué)時(shí)。由于學(xué)時(shí)的限制，使得課程教學(xué)內(nèi)容多為以公式推導(dǎo)為主的理論知識(shí)，上機(jī)實(shí)驗(yàn)僅限于驗(yàn)證教材上的一些基本算法，極少將數(shù)學(xué)建模思想融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。這種缺乏應(yīng)用性和趣味性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，難以激發(fā)學(xué)生的興趣，更難以有效提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。3.教學(xué)手段和方式單一板書是一種重要的教學(xué)手段，但對(duì)于復(fù)雜的理論分析和公式推導(dǎo)，單一的板書式教學(xué)不利于吸引學(xué)生的注意力和興趣。將板書式教學(xué)與多媒體教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，可以有效提高課堂教學(xué)質(zhì)量，但在計(jì)算方法課程教學(xué)中，有的教師單調(diào)地進(jìn)行板書式教學(xué)而排斥多媒體教學(xué)，有的教師則過(guò)度依賴多媒體教學(xué)手段而放棄板書式教學(xué)，從而影響了教學(xué)效果。在教學(xué)方式方法上，由于教學(xué)內(nèi)容多而學(xué)時(shí)有限，一些教師在授課時(shí)一味地采用講授式教學(xué)法，極少開展討論式教學(xué)和任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，致使課堂氣氛嚴(yán)肅有余而活躍不足，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性沒(méi)有得到充分發(fā)揮。4.課程考核方式單一在很多高校，計(jì)算方法課程的考核方式和其他理論課幾乎完全相同，即僅重視結(jié)論性考核而輕視過(guò)程性考核，且結(jié)論性考核多以閉卷考試的方式進(jìn)行，對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的考核不足。該課程考核方式的導(dǎo)向作用決定了學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中重理論而輕實(shí)踐，進(jìn)而造成了學(xué)生算法設(shè)計(jì)水平不高和解決實(shí)際問(wèn)題的能力不強(qiáng)的狀況[4]。
二、計(jì)算方法課程改革的思路
(一)更新教學(xué)觀念
要改變計(jì)算方法課程教學(xué)效果不佳、學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題能力不強(qiáng)的局面，教師必須更新教學(xué)觀念，打破以往重理論輕實(shí)踐的教學(xué)觀念和教學(xué)模式。作為教學(xué)活動(dòng)的組織者和引導(dǎo)者，教師不但要準(zhǔn)確、高效地傳授課本知識(shí)，而且要指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)和應(yīng)用，讓學(xué)生從被動(dòng)聽(tīng)講的知識(shí)接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)的知識(shí)探究者，只有這樣才能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。因此，從事計(jì)算方法課程教學(xué)的教師，必須以“厚基礎(chǔ)、重能力、強(qiáng)創(chuàng)新”的人才培養(yǎng)目標(biāo)為指引，將學(xué)生素質(zhì)的提高和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)置于課程教學(xué)的中心地位，采用靈活多變的教學(xué)方式和方法來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化和培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力[5]。
(二)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
1.優(yōu)化理論教學(xué)內(nèi)容計(jì)算方法課程主要包含插值法、數(shù)據(jù)擬合、數(shù)值積分、微分方程數(shù)值解法、方程求根、線性方程組的迭代法和直接法等內(nèi)容。該課程學(xué)時(shí)較少，涉及知識(shí)面較寬，抽象性較強(qiáng)，并且涉及繁雜的算法、公式推導(dǎo)和理論分析，對(duì)學(xué)習(xí)者計(jì)算機(jī)編程能力的要求也較高，為了確保學(xué)生能在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)有效地掌握算法的設(shè)計(jì)思想、程序流程、誤差的估計(jì)和分析方法，培養(yǎng)提高學(xué)生以計(jì)算機(jī)為工具、運(yùn)用數(shù)值計(jì)算方法解決實(shí)際問(wèn)題的能力，教師必須在新教學(xué)理念的指導(dǎo)下優(yōu)化課程內(nèi)容。為了適應(yīng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求，計(jì)算方法課程宜選用理論和實(shí)踐并重、實(shí)用性強(qiáng)、案例豐富的教材。在缺乏理想教材的情況下，教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)需要靈活整合教學(xué)內(nèi)容，力求對(duì)知識(shí)點(diǎn)的講解做到詳略得當(dāng)，比如，對(duì)于理論證明可稍微簡(jiǎn)略一些，而對(duì)于算法思想、算法設(shè)計(jì)和算法的應(yīng)用應(yīng)詳細(xì)講解。2.強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)以往計(jì)算方法課程的實(shí)踐教學(xué)僅僅要求學(xué)生實(shí)現(xiàn)教材上一些基本的算法，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏精心設(shè)計(jì)，很難適應(yīng)新形勢(shì)下應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求。因此，必須對(duì)以往的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行整合和優(yōu)化，除了對(duì)教材提供的基本算法進(jìn)行驗(yàn)證以外，還需要增加一些兼具趣味性和實(shí)用性的綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。比如，在數(shù)值積分部分，可以讓學(xué)生進(jìn)行空中電纜長(zhǎng)度計(jì)算的實(shí)驗(yàn)；在數(shù)據(jù)擬合部分，可以讓學(xué)生進(jìn)行給藥方案設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)；在微分方程數(shù)值解部分，可以讓學(xué)生利用微分方程數(shù)值計(jì)算方法和已知觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型參數(shù)估計(jì)實(shí)驗(yàn)。為了滿足不同層次學(xué)生的要求，實(shí)驗(yàn)可以分為必做和選做兩種。對(duì)于選做性實(shí)驗(yàn)（如一些數(shù)學(xué)建模試驗(yàn)），可以讓學(xué)生以自由組隊(duì)的方式來(lái)進(jìn)行，這樣不但能達(dá)到完成既定教學(xué)目標(biāo)的目的，還能強(qiáng)化提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和創(chuàng)新能力。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)著力于使學(xué)生靈活地應(yīng)用和創(chuàng)造性地改進(jìn)教材提供的一些標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值算法，以實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的目標(biāo)。
(三)改革教學(xué)方法、教學(xué)手段與課程考核方式
計(jì)算方法是一個(gè)“數(shù)學(xué)思維和數(shù)值思想、學(xué)數(shù)學(xué)和用數(shù)學(xué)、理論與實(shí)踐相結(jié)合的交叉學(xué)科”。因此，單一地采用傳統(tǒng)的講授式教學(xué)法很難實(shí)現(xiàn)計(jì)算方法課程的教學(xué)目標(biāo)，只有進(jìn)行教學(xué)方式和教學(xué)手段的改革，才能有效地提高教學(xué)效果。1.教學(xué)方式的改革在計(jì)算方法課程教學(xué)中，教師宜采用靈活多樣的研討式、辯論式和啟發(fā)式教學(xué)，注重課堂交流互動(dòng)，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課堂活動(dòng)的積極性。對(duì)算法的講解應(yīng)注重講解算法的設(shè)計(jì)思想、算法的流程、算法的誤差、不同算法間的比較和計(jì)算復(fù)雜度的分析，并摒棄滿堂灌的廣播式教學(xué)，給學(xué)生留下獨(dú)立思考的時(shí)間；應(yīng)結(jié)合當(dāng)前學(xué)術(shù)研究的前沿問(wèn)題，對(duì)課本知識(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)充，以開拓學(xué)生的視野，拓展學(xué)生的思維空間，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動(dòng)性。例如，在講解微分方程數(shù)值解的過(guò)程中，除了介紹歐拉方法、改進(jìn)的歐拉方法及龍格庫(kù)塔方法的設(shè)計(jì)思想、誤差估計(jì)和計(jì)算的復(fù)雜度討論以外，可以引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來(lái)探討系數(shù)是分段函數(shù)和周期函數(shù)的常微分方程、脈沖微分方程、泛函微分方程、隨機(jī)微分方程的數(shù)值解等問(wèn)題的解決方案，然后通過(guò)課堂交流討論不斷優(yōu)化算法，最終完成計(jì)算機(jī)編程并進(jìn)行課堂演示。這種教學(xué)方式有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。2.教學(xué)手段的改革計(jì)算方法課程的理論性和實(shí)踐性決定了僅采用傳統(tǒng)的“一根粉筆走天下”的單一教學(xué)手段不能滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。多媒體教學(xué)具有直觀性、高效性、交互性、集成性等特點(diǎn)，將課程中抽象、枯燥的學(xué)習(xí)內(nèi)容通過(guò)圖形、動(dòng)畫等形式直觀地呈現(xiàn)給學(xué)生，有利于提高教學(xué)效率，增強(qiáng)教學(xué)效果。因此，在計(jì)算方法課程的教學(xué)中，教師應(yīng)將多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)的“黑板+粉筆”板書教學(xué)結(jié)合起來(lái)，如概念介紹、圖形演示、應(yīng)用軟件和程序設(shè)計(jì)分析等內(nèi)容采用多媒體教學(xué)方式，而定理的證明則采用板書式教學(xué)。
(四)課程考核方式的改革
通過(guò)計(jì)算方法課程的教學(xué)，既要讓學(xué)生掌握算法設(shè)計(jì)思想和誤差分析的理論知識(shí)，又要讓學(xué)生掌握算法設(shè)計(jì)和上機(jī)調(diào)試的基本技能，最終能熟練運(yùn)用Matlab編制具體算法去解決實(shí)際問(wèn)題。計(jì)算方法課程的教學(xué)目標(biāo)決定了其考核方式不能像其他數(shù)學(xué)課程一樣僅僅依據(jù)理論知識(shí)考試成績(jī)衡量學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。單一的理論考核不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和上機(jī)實(shí)驗(yàn)的積極性，也不能全面考查學(xué)生對(duì)該課程的掌握情況。該課程較為合理的考核方式應(yīng)該采用專題論文、理論試卷與上機(jī)編程相結(jié)合的方式。各種方式考核的權(quán)重，以平時(shí)考勤和作業(yè)成績(jī)占10%、上機(jī)編程占25%、專題論文占15%和期末考試占50%較為合適[6]。隨著應(yīng)用型本科高校轉(zhuǎn)型發(fā)展工作的推進(jìn)，計(jì)算方法課程的教學(xué)改革已經(jīng)勢(shì)在必行。本文結(jié)合計(jì)算方法課程在教學(xué)上存在的一些普遍問(wèn)題，結(jié)合應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求，從更新教學(xué)觀念、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法和完善考核方式等方面對(duì)該課程的教學(xué)改革進(jìn)行了初步的探討與研究。教學(xué)實(shí)踐表明，這些措施有利于提高教學(xué)效果，尤其在激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維意識(shí)、提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論解決實(shí)際問(wèn)題的能力方面成效顯著。
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[關(guān)鍵詞]創(chuàng)新科研訓(xùn)練 PBL模式 本科生 指導(dǎo)方法
[中圖分類號(hào)] G642.4 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2015）10-0059-02
一、引言
國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃是高等學(xué)校本科教學(xué)“質(zhì)量工程”的重要組成部分，該計(jì)劃在全國(guó)范圍內(nèi)的啟動(dòng)與實(shí)施以《教育部財(cái)政部關(guān)于實(shí)施高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的意見(jiàn)》（教高[2007]1號(hào)）和《教育部關(guān)于進(jìn)一步深化本科教學(xué)改革，全面提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見(jiàn)》（教高[2007]2號(hào)）的公布為標(biāo)志，旨在探索以本科學(xué)生為對(duì)象的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，并通過(guò)教師指導(dǎo)與學(xué)生自主實(shí)踐相結(jié)合的途徑，使學(xué)生經(jīng)過(guò)系統(tǒng)而全面的創(chuàng)新訓(xùn)練和培養(yǎng)，達(dá)到培育創(chuàng)新思維、鍛煉創(chuàng)新能力、提高創(chuàng)新素養(yǎng)的目的，著力培養(yǎng)新時(shí)期具有競(jìng)爭(zhēng)能力的高素質(zhì)創(chuàng)新性人才。本科生創(chuàng)新科研訓(xùn)練項(xiàng)目就是在此背景下通常以指導(dǎo)教師科研項(xiàng)目為依托，通過(guò)學(xué)生小組形式獨(dú)立完成某項(xiàng)科研項(xiàng)目的啟動(dòng)、研究方案的制定與實(shí)施、研究成果的總結(jié)、研究報(bào)告撰寫等內(nèi)容，使學(xué)生切實(shí)得到科學(xué)研究的鍛煉，提高創(chuàng)新實(shí)踐的能力。然而，也應(yīng)看到由于大學(xué)學(xué)科及專業(yè)設(shè)置的多樣性、學(xué)生素質(zhì)和接受能力的高低以及大學(xué)辦學(xué)條件的差異，使得針對(duì)本科生創(chuàng)新科研能力的培養(yǎng)、訓(xùn)練模式或方法上存在著不同做法和理念。[1] [2]因此，積極探索操作性強(qiáng)、實(shí)用的本科生創(chuàng)新科研及能力的培養(yǎng)、訓(xùn)練模式，對(duì)達(dá)到培養(yǎng)新時(shí)期具有競(jìng)爭(zhēng)能力的高素質(zhì)創(chuàng)新性人才有著積極的意義。本文通過(guò)總結(jié)多屆創(chuàng)新科研訓(xùn)練小組的指導(dǎo)實(shí)踐體會(huì)，認(rèn)為PROBLEM-BASED-LEARNING模式（以下簡(jiǎn)稱PBL模式）同樣適用于大學(xué)本科生的創(chuàng)新科研訓(xùn)練教學(xué)，但為保證和提高創(chuàng)新教育的質(zhì)量和效果，并使之成為可普適的創(chuàng)新教育方法，尚需要做好以下幾個(gè)方面的工作。
二、PBL模式下創(chuàng)新科研訓(xùn)練的主題確定
眾所周知，PBL教學(xué)模式是目前國(guó)際上較流行的一種以學(xué)生為“中心”的現(xiàn)代教學(xué)模式[3]，其源自美國(guó)神經(jīng)病學(xué)教授Howard Barrows1969年所創(chuàng)立的針對(duì)醫(yī)學(xué)院學(xué)生的教學(xué)模式。PBL教學(xué)模式的鋪展方式是以問(wèn)題為切入點(diǎn)，采用學(xué)生自學(xué)或小組討論為主、教師評(píng)教為導(dǎo)向而將兩者緊密結(jié)合的教學(xué)方式。經(jīng)過(guò)多年的不斷應(yīng)用與演化，PBL教學(xué)模式已成為多數(shù)世界一流大學(xué)各學(xué)科都采用的一種主流教學(xué)模式。如前所述，目前國(guó)家所倡導(dǎo)并推行實(shí)施的大學(xué)生創(chuàng)新科研訓(xùn)練計(jì)劃的最終目的是培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題、分析和解決問(wèn)題的興趣和能力，這其中既包括實(shí)際動(dòng)手能力，更要求理論分析能力，也就是通常所說(shuō)的科研訓(xùn)練。由于大學(xué)生創(chuàng)新性項(xiàng)目主要的受眾群體側(cè)重于大學(xué)本科第二、第三年級(jí)學(xué)生（以中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）為例），這一階段的本科生剛剛接受了大類基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課的專業(yè)知識(shí)的灌輸，且以書本知識(shí)的獲取為主，習(xí)慣了傳承性、填鴨式的教育方式，對(duì)思維性、探究式的科研創(chuàng)新訓(xùn)練基本上處于完全陌生的狀態(tài)。而大學(xué)生創(chuàng)新科研訓(xùn)練項(xiàng)目的基本要求是在一定期限范圍內(nèi)，在教師的指導(dǎo)下，通過(guò)學(xué)生自主完成某科研項(xiàng)目的前期調(diào)研、方案制訂與實(shí)施、研究成果（報(bào)告）總結(jié)撰寫等訓(xùn)練內(nèi)容，使學(xué)生切實(shí)得到科學(xué)研究的鍛煉，提高創(chuàng)新實(shí)踐的能力。科學(xué)，尤其是自然科學(xué)的研究特指人類對(duì)自然現(xiàn)象或規(guī)律進(jìn)行的摹寫，或者使其抽象化并根據(jù)存在于其中的規(guī)律性合理地認(rèn)識(shí)其中的規(guī)律性[4]，這種認(rèn)識(shí)過(guò)程顯然要依據(jù)一定的模式或方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。PBL模式的可取之處也正是以問(wèn)題為切入點(diǎn)。因?yàn)?，科學(xué)研究中問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)或識(shí)別是開啟研究的第一步。鑒于現(xiàn)代高等教育的核心已從傳授知識(shí)的本身逐步向獲取知識(shí)的方法和能力轉(zhuǎn)換，大學(xué)生創(chuàng)新科研訓(xùn)練項(xiàng)目的目的之一在于培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，這也是一般科學(xué)研究活動(dòng)所要具備的基本功。由于PBL實(shí)施模式基本上是依托指導(dǎo)教師從事的相關(guān)科研活動(dòng)進(jìn)行，對(duì)于教師而言，所指導(dǎo)的創(chuàng)新小組要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)相對(duì)比較明確。這一環(huán)節(jié)的任務(wù)，是讓參與科研活動(dòng)的創(chuàng)新小組的每一位成員清楚了解他或她受此訓(xùn)練后所應(yīng)該達(dá)到的目標(biāo)，否則很有可能出現(xiàn)個(gè)個(gè)“打醬油”的結(jié)果。因此，對(duì)于參與者而言，問(wèn)題一定包括兩個(gè)方面的含義：第一，所做科研活動(dòng)應(yīng)該解決的問(wèn)題；第二，分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的方法，也就是掌握從事一般科研活動(dòng)的基本方法。只有學(xué)生明確了創(chuàng)新科研訓(xùn)練要達(dá)到的這一目標(biāo)（要解決的問(wèn)題），創(chuàng)新科研訓(xùn)練的開展才有事半功倍的效果。
三、PBL模式下創(chuàng)新科研訓(xùn)練的過(guò)程細(xì)化
PBL模式下創(chuàng)新科研訓(xùn)練的過(guò)程細(xì)化，實(shí)際上本身也是一個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程。原因在于本科生創(chuàng)新科研訓(xùn)練實(shí)施的對(duì)象是低年級(jí)學(xué)生，雖然這些學(xué)生已經(jīng)具備或掌握了基礎(chǔ)的專業(yè)知識(shí)，但就科學(xué)研究的一般方法和程序而言，依然處于空白階段，這就需要指導(dǎo)教師采用“手把手”的方法讓學(xué)生詳細(xì)了解并“按部就班”地執(zhí)行，以便讓學(xué)生在達(dá)到所應(yīng)該達(dá)到的目標(biāo)之后，知道要做什么，怎么做。在筆者經(jīng)歷的創(chuàng)新科研訓(xùn)練項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)中，就將過(guò)程細(xì)化為以下幾個(gè)步驟。
研究目標(biāo)的確定（問(wèn)題的提出）>基礎(chǔ)資料收集>分析、歸納方式>理論依據(jù)>重點(diǎn)關(guān)注>結(jié)論（報(bào)告）
在上述每個(gè)步驟中，筆者都為每個(gè)學(xué)生以“量身定做”的方式列出了詳細(xì)的“操作”細(xì)節(jié)，并鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中質(zhì)疑過(guò)程的細(xì)節(jié)。因?yàn)橘|(zhì)疑是學(xué)生動(dòng)腦的結(jié)果，有問(wèn)才有探究，有探究才能解決問(wèn)題。一名優(yōu)秀的教師，要在傳授知識(shí)和鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考兩方面取得平衡。
四、PBL模式下創(chuàng)新科研訓(xùn)練成果的表達(dá)
不同于PBL模式下采用的筆試或口試方式來(lái)檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)某專業(yè)知識(shí)的掌握程度，大學(xué)生創(chuàng)新科研訓(xùn)練計(jì)劃的最終目的是讓學(xué)生熟悉和掌握科學(xué)研究過(guò)程的一般方法。其檢驗(yàn)方式應(yīng)與其他方式有所區(qū)別。大學(xué)生創(chuàng)新科研訓(xùn)練注重“學(xué)習(xí)”科研，所以，不宜以學(xué)術(shù)文章的形式來(lái)作硬性要求。相反，撰寫科研報(bào)告不失為檢驗(yàn)創(chuàng)新科研訓(xùn)練項(xiàng)目完成狀況的較為理想形式，也是PBL模式的最后環(huán)節(jié)。國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目注重的是“研究過(guò)程”而非“研究成果”，其過(guò)程和目的以項(xiàng)目為載體，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)，讓學(xué)生掌握思考問(wèn)題，解決問(wèn)題的方法，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。創(chuàng)新科研報(bào)告的編制或撰寫對(duì)于參與創(chuàng)新科研訓(xùn)練項(xiàng)目的學(xué)生們而言，也是需要掌握的技能之一，這也需要指導(dǎo)教師給出一個(gè)一般性的編寫原則，從而讓學(xué)生把通過(guò)創(chuàng)新科研訓(xùn)練實(shí)踐活動(dòng)中所學(xué)到的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力具體化、系統(tǒng)化。下列編寫大綱可滿足要求，即題目>研究現(xiàn)狀與意義>基本研究方法>論證>結(jié)論>參考文獻(xiàn)。
五、結(jié)論
國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃是高等學(xué)校本科教學(xué)“質(zhì)量工程”的重要組成部分，是新時(shí)期下國(guó)家著力培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的重要舉措。多期創(chuàng)新小組的實(shí)踐結(jié)果表明，PBL模式的采用對(duì)創(chuàng)新小組科研活動(dòng)的有序開展和既定目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有著明顯的促進(jìn)作用和有益的借鑒作用。以筆者指導(dǎo)的兩個(gè)創(chuàng)新小組為例，第一小組（5人）中除一人因家庭原因參加工作外，其余4人均考取研究生或出國(guó)深造，邁出了職業(yè)科研生涯的第一步。第二小組（5人）成員均對(duì)從事科學(xué)研究產(chǎn)生濃厚興趣，積極備戰(zhàn)考研。每個(gè)成員所寫的創(chuàng)新科研報(bào)告也都有可圈可點(diǎn)之處，說(shuō)明他們已經(jīng)掌握了今后從事科學(xué)研究的一般方法和程序。
[ 參 考 文 獻(xiàn) ]
[1] 張楊.大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)機(jī)制探析[J].高教探索，2014（10）：36-37.
[2] 潘承怡.基于大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的TRIZ教學(xué)策略[J].黑龍江教育（高教研究與評(píng)估），2014（11）：1-2.
一、引言
國(guó)內(nèi)教育研究對(duì)教學(xué)法有很多不同的分類，主要?dú)w納為：講授式教學(xué)法[1]、探究式教學(xué)法[2]、實(shí)踐式教學(xué)法[3] 等。這些教學(xué)法主要通過(guò)討論、談話、練習(xí)、參觀、實(shí)驗(yàn)等方式融匯到教學(xué)過(guò)程中，它們共同的特點(diǎn)是夸大了教師的主導(dǎo)作用，暗示學(xué)生主要以接受知識(shí)、承認(rèn)事實(shí)為主，缺乏對(duì)知識(shí)與知識(shí)之間關(guān)聯(lián)性、知識(shí)與技能相互作用的引導(dǎo)?，F(xiàn)代教學(xué)手段、設(shè)備層出不窮，如何結(jié)合社會(huì)需求、滿足學(xué)生求知增技就好業(yè)的要求，迫使高等院校教學(xué)必須與之適應(yīng)、銜接與創(chuàng)新。本文提出的知識(shí)與技能仿射教學(xué)法（Knowledge and skills affine teaching，縮寫為K&SAT）就是根據(jù)上述的相關(guān)問(wèn)題、針對(duì)應(yīng)用型本科院校提出來(lái)的。
二、K&SAT概念
仿射教學(xué)法（Affine teaching，縮寫為AT）是以講授某項(xiàng)內(nèi)容過(guò)程的開始為起點(diǎn)、結(jié)束為終點(diǎn)，過(guò)程（或過(guò)程節(jié)點(diǎn)）講解中采用與內(nèi)容支撐背景、具體實(shí)現(xiàn)、不同方向應(yīng)用及相互關(guān)系闡明的不同方式與手段的總稱。而K&SAT是對(duì)“仿射教學(xué)法”更深層次的具體研究，即在“仿射教學(xué)法”的基礎(chǔ)上，采用以知識(shí)導(dǎo)向技能擴(kuò)展應(yīng)用、技能喚醒知識(shí)拓寬應(yīng)用方向的一種特殊教學(xué)法。
三、K&SAT特性分析
1.目的性。任何一種教學(xué)活動(dòng)都有其目的性，即達(dá)到預(yù)期結(jié)果所要的標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到要求所作的規(guī)定和設(shè)想。K&SAT通過(guò)教師教學(xué)活動(dòng)中的理論知識(shí)傳授，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練獲得預(yù)期的技能，使其能從中認(rèn)識(shí)到一定規(guī)律并更廣泛地將其延伸。同時(shí)在技能訓(xùn)練的過(guò)程中，能讓學(xué)生對(duì)理論知識(shí)形成更透徹的理解，并能舉一反三地拓寬其應(yīng)用。通過(guò)專業(yè)系統(tǒng)訓(xùn)練后，不僅能使學(xué)生技能滿足專業(yè)性就業(yè)，也能幫助學(xué)生完成本專業(yè)外其他領(lǐng)域的就業(yè)，培養(yǎng)其具有適合多崗的應(yīng)用研究和實(shí)際應(yīng)用的能力，滿足社會(huì)相關(guān)崗位的需求。
2.實(shí)用性。不同于傳統(tǒng)的教學(xué)法，K&SAT實(shí)用性表現(xiàn)在功能、性能和效能上。對(duì)于注重培養(yǎng)具有實(shí)際應(yīng)用能力的院校，運(yùn)用K&SAT，能盡可能地避免學(xué)生知識(shí)與知識(shí)脫節(jié)，知識(shí)與技能脫節(jié)，校園與社會(huì)脫節(jié)。學(xué)生在自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，能更深入地研究理論知識(shí)并有效地運(yùn)用到產(chǎn)品研制或社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)中。這樣的教學(xué)方式，不僅使學(xué)生在某項(xiàng)實(shí)際操作中更優(yōu)化地運(yùn)用知識(shí)，更重要的是，學(xué)生能在知識(shí)與知識(shí)間思考出關(guān)聯(lián)性，擴(kuò)大實(shí)際操作的范圍，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。
3.拓展性。K&SAT的拓展性主要表現(xiàn)在知識(shí)對(duì)技能的擴(kuò)展，技能對(duì)知識(shí)的拓寬。知識(shí)是技能的理論基礎(chǔ)，技能是知識(shí)發(fā)展的前提條件。學(xué)生只有對(duì)理論知識(shí)掌握到了一定程度，才不會(huì)一味地“依葫蘆畫瓢”，才能在掌握知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行延展性實(shí)踐。經(jīng)過(guò)一定的實(shí)踐操作后，學(xué)生在技能的形成和鞏固的過(guò)程中， 就能通過(guò)對(duì)所學(xué)知識(shí)的聯(lián)想與綜合， 舉一反三， 觸類旁通， 達(dá)到快捷、高效、扎實(shí)的學(xué)習(xí)效果。
四、K&SAT運(yùn)用原則分析
1.學(xué)生聽(tīng)懂會(huì)做的原則。學(xué)生聽(tīng)懂會(huì)做是一般教學(xué)法的基本原則，也是K&SAT的主體原則，是對(duì)K&SAT的基本要求。讓學(xué)生聽(tīng)懂，取決于教師教學(xué)的具體方法，例如歸納法、演繹法、分析法和綜合法等等，內(nèi)容豐富，方式多樣。學(xué)生聽(tīng)懂后能運(yùn)用到實(shí)際操作中，有效完成實(shí)踐性操作。
2.通俗生動(dòng)直觀簡(jiǎn)潔的原則。K&SAT的教學(xué)過(guò)程必須遵循通俗生動(dòng)、直觀簡(jiǎn)潔的原則，只有這樣才能讓學(xué)生更容易領(lǐng)悟知識(shí)，更熟練地將知識(shí)合理運(yùn)用到實(shí)際操作中，并通過(guò)實(shí)際操作完善對(duì)原有及相關(guān)知識(shí)的理解。
3.專業(yè)素質(zhì)技能融合的原則。專業(yè)素質(zhì)是技能的基礎(chǔ)，技能是對(duì)專業(yè)素質(zhì)的運(yùn)用。K&SAT通過(guò)“知識(shí)導(dǎo)向技能擴(kuò)展應(yīng)用、技能喚醒知識(shí)拓寬應(yīng)用”，將二者恰當(dāng)融合，真正使學(xué)生充分運(yùn)用專業(yè)知識(shí)到技能訓(xùn)練中，使技能達(dá)到熟練和完善的同時(shí)，更加深了對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解。
五、K&SAT運(yùn)用要求分析
K&SAT的運(yùn)用，要求教師了解本專業(yè)和學(xué)科，還需要了解相關(guān)專業(yè)乃至學(xué)科的行業(yè)發(fā)展，從而拓寬自己的知識(shí)面。教師要具有快速豐富的聯(lián)想能力，通過(guò)主題鮮明、仿射恰當(dāng)、適量有力的課堂教學(xué)，通俗、直觀、明了地引導(dǎo)學(xué)生將知識(shí)運(yùn)用到技能，在技能訓(xùn)練的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
在K&SAT實(shí)施過(guò)程中，對(duì)學(xué)生有如下要求：學(xué)生能在學(xué)習(xí)新知識(shí)過(guò)程中快速回憶已學(xué)知識(shí)，將新舊知識(shí)聯(lián)系起來(lái)；從一開始學(xué)習(xí)，學(xué)生就要對(duì)自己未來(lái)就業(yè)有基本的規(guī)劃，將理論聯(lián)系到具體的實(shí)際；學(xué)生必須跟蹤市場(chǎng)技術(shù)狀態(tài)，取市場(chǎng)所需，擴(kuò)大自己的就業(yè)面，市場(chǎng)需要什么就重點(diǎn)掌握什么。
六、K&SAT運(yùn)用效益分析
我們通過(guò)試用K&SAT，其效果主要表現(xiàn)在以下方面：
1、對(duì)教師的專業(yè)素質(zhì)提出了更高的要求，提高了教師的教學(xué)和科研水平；
2、可以提高學(xué)生對(duì)專業(yè)的興趣，培養(yǎng)了其工程實(shí)踐應(yīng)用能力，拓寬了知識(shí)與技能的應(yīng)用及就業(yè)空間；
關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；實(shí)驗(yàn)研究；應(yīng)用型本科；微視頻
【中圖分類號(hào)】G40-057【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【論文編號(hào)】1009-8097（2015）05-0091-06【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2015.05.014
引言
應(yīng)用型本科教育以培養(yǎng)具有較扎實(shí)的理論基礎(chǔ)、較強(qiáng)的分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題能力的應(yīng)用型人才為目標(biāo)。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)有助于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和應(yīng)用能力，在應(yīng)用型本科高校中占有突出的地位。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的必要組成部分，提高其教學(xué)質(zhì)量對(duì)實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)具有重要意義。
長(zhǎng)期以來(lái)，應(yīng)用型本科高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)普遍采用“教師演示，學(xué)生重現(xiàn)”的模式，教師常常忙于指導(dǎo)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，較少引導(dǎo)學(xué)生探究。學(xué)生則過(guò)多關(guān)注實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正誤，較少反思實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)果。由此，學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力還有待提高，實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)理論教學(xué)的促進(jìn)作用也較為有限。因此，迫切需要研究新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，全面改善教學(xué)效果。
從2011年開始，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式逐漸在美國(guó)流行，并傳播到世界各地。它倡導(dǎo)學(xué)生在課外通過(guò)觀看教學(xué)微視頻自學(xué)課程內(nèi)容，師生在課間參加教學(xué)活動(dòng)和交流互動(dòng)，學(xué)生消化吸收知識(shí)。翻轉(zhuǎn)課堂將教師從傳統(tǒng)教學(xué)方式的講授任務(wù)中解放出來(lái)，使他們能集中精力開展教學(xué)研究，提高教學(xué)效果。同時(shí)，學(xué)生成為教學(xué)過(guò)程的主體，教學(xué)獲得良性發(fā)展。翻轉(zhuǎn)課堂為應(yīng)用型本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了新思路。
華中師范大學(xué)楊九民等將以微視頻資源學(xué)習(xí)為核心的翻轉(zhuǎn)課堂運(yùn)用到“現(xiàn)代教育技術(shù)”實(shí)驗(yàn)課程中，取得了良好效果，但還需具體設(shè)計(jì)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)階段的交流互動(dòng)活動(dòng)，以進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。
一 翻轉(zhuǎn)課堂及實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法
1 翻轉(zhuǎn)課堂的發(fā)展和內(nèi)涵
早在2000年，美國(guó)邁安密大學(xué)的三位教授Lage，Platt和Treglia在經(jīng)濟(jì)學(xué)導(dǎo)論課程的教學(xué)中，提出了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式，即將傳統(tǒng)教學(xué)模式中課內(nèi)傳授知識(shí)的工作轉(zhuǎn)移到課外完成，而將原來(lái)課外練習(xí)的工作轉(zhuǎn)移到課內(nèi)完成。教學(xué)實(shí)踐表明這種方式有利于學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，從而獲得個(gè)性化的教育。教學(xué)微視頻的出現(xiàn)則使翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐成為可能。2004年，SalmanKhan為侄女錄制了視頻幫助其補(bǔ)習(xí)功課，侄女反映視頻便于她略過(guò)已經(jīng)掌握的內(nèi)容，也利于她
翻轉(zhuǎn)課堂的基本思想是采用“課外傳授知識(shí)，課間內(nèi)化知識(shí)”的策略開展教學(xué)。在課外，學(xué)生通過(guò)微視頻自學(xué)基本知識(shí)，有效實(shí)現(xiàn)新知識(shí)的原始積累。在課間，教師安排學(xué)生開展協(xié)作探究式活動(dòng)，并當(dāng)面解決學(xué)生疑問(wèn)，促使他們加深對(duì)知識(shí)的理解。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式具有以下優(yōu)點(diǎn)：
第一，采用微視頻引導(dǎo)學(xué)生課外自學(xué)，效果優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)中教師講授的方法。首先，教學(xué)微視頻其實(shí)是教師講課場(chǎng)景的復(fù)制品，一旦錄制長(zhǎng)期保存，可被多人反復(fù)使用。用微視頻替代講課，避免教師重復(fù)講解，減少工作量。其次，學(xué)生易于根據(jù)各自的學(xué)習(xí)狀況和特點(diǎn)，自由控制微視頻播放的時(shí)間、進(jìn)度和次數(shù)，滿足學(xué)生個(gè)性化需要，從而提升學(xué)習(xí)效果。
第二，最佳發(fā)揮教師輔導(dǎo)學(xué)生的作用。在傳統(tǒng)教學(xué)中，當(dāng)教師在課內(nèi)為學(xué)生講解知識(shí)點(diǎn)時(shí)，由于學(xué)生剛接觸新知識(shí)，還來(lái)不及深入思考，此時(shí)很少需要教師解答疑問(wèn)。在課后，學(xué)生做練習(xí)時(shí)，卻不能及時(shí)得到老師的幫助。翻轉(zhuǎn)課堂調(diào)整了教師在學(xué)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)的次序，當(dāng)學(xué)生完成課外自學(xué)，取得新知識(shí)基礎(chǔ)后，教師與學(xué)生開展課內(nèi)教學(xué)活動(dòng)，交流互動(dòng)，教師協(xié)助學(xué)生完成知識(shí)內(nèi)化。
第三，翻轉(zhuǎn)課堂的核心在于課堂上的教學(xué)活動(dòng)。建構(gòu)主義認(rèn)為，知識(shí)是學(xué)習(xí)者以自身為主體通過(guò)意義建構(gòu)而獲得的。意義建構(gòu)是指深刻認(rèn)識(shí)新知識(shí)所反映的事物性質(zhì)、規(guī)律和相互關(guān)系，理解知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)涵和外延，也即是知識(shí)內(nèi)化。學(xué)生只有實(shí)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)化，才能理解新知識(shí)，掌握新知識(shí)，并靈活運(yùn)用它們。翻轉(zhuǎn)課堂采用微視頻引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)的根本目的在于，為學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)化奠定必要的知識(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，微視頻免除了教師講授的任務(wù)，使教師能集中精力設(shè)計(jì)和組織課堂教學(xué)活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生吸收和內(nèi)化知識(shí)，提升學(xué)習(xí)效果。
2 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的分析
在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，學(xué)生通常被要求課前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在實(shí)驗(yàn)課期間，教師先用15分鐘左右的時(shí)間集中講解實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容，并演示操作過(guò)程。隨后，學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，并在課后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法有以下缺陷：
首先，實(shí)驗(yàn)進(jìn)展緩慢，效率低。學(xué)生基于實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書完成預(yù)習(xí)，較難把握實(shí)驗(yàn)過(guò)程的每個(gè)環(huán)節(jié)，有些學(xué)生甚至不熟悉實(shí)驗(yàn)儀器。他們操作不夠熟練，實(shí)驗(yàn)進(jìn)展緩慢。
其次，開展相同實(shí)驗(yàn)的次數(shù)多，教師重復(fù)講解工作量大。不同班級(jí)可能開設(shè)相同實(shí)驗(yàn)，每個(gè)班級(jí)往往需分批進(jìn)行同一實(shí)驗(yàn)，因此實(shí)驗(yàn)重復(fù)次數(shù)多。有些基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)重復(fù)量相當(dāng)大，重復(fù)多次講解相同實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的巨大工作量使教師無(wú)暇改進(jìn)教學(xué)方法。
再次，教師的集中講解效果差。學(xué)生的接受能力有差別，每次的實(shí)驗(yàn)人數(shù)又很多，實(shí)驗(yàn)老師的集中講解通常不能保證每個(gè)學(xué)生都能清楚把握實(shí)驗(yàn)方法和要求。
最后，實(shí)驗(yàn)過(guò)程忽視學(xué)生內(nèi)化知識(shí)。實(shí)驗(yàn)成績(jī)通常以結(jié)果的正誤來(lái)評(píng)定，學(xué)生大都只追求完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，取得正確的數(shù)據(jù)結(jié)果，很少深入思考相關(guān)問(wèn)題。教師經(jīng)常忙于解答學(xué)生的操作問(wèn)題，較少有技術(shù)性指導(dǎo)。因此，師生之間缺少專業(yè)知識(shí)層面的交流和互動(dòng)，不利于教學(xué)相長(zhǎng)。
3 基于翻轉(zhuǎn)課堂的應(yīng)用型本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法
本文根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，實(shí)施結(jié)構(gòu)如圖1所示。在課前，主要通過(guò)教學(xué)微視頻引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)實(shí)驗(yàn)原理和操作方法，減輕教師講解負(fù)擔(dān)。在課內(nèi)，學(xué)生完成基本實(shí)驗(yàn)后，教師以思考題為導(dǎo)向，組織學(xué)生開展探究活動(dòng)，強(qiáng)化其理論基礎(chǔ)，提高他們解決問(wèn)題的能力。在課后，學(xué)生整理實(shí)驗(yàn)報(bào)告。以下詳細(xì)介紹課前和課內(nèi)的主要活動(dòng)。
（1）課前活動(dòng)
①教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃編寫指導(dǎo)書。對(duì)于各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，除原理、步驟以外，指導(dǎo)書還應(yīng)詳細(xì)說(shuō)明要求取得哪些結(jié)果和結(jié)論，并給出與本實(shí)驗(yàn)相關(guān)的1-2個(gè)思考題，以便課內(nèi)開展探究活動(dòng)。
②教師錄制講解實(shí)驗(yàn)原理的視頻。該視頻可采用幻燈片方式加講解語(yǔ)音的形式，或者板書加講解語(yǔ)音的形式。同時(shí)錄制現(xiàn)場(chǎng)操作過(guò)程的視頻，以使學(xué)生能熟悉實(shí)驗(yàn)環(huán)境。每個(gè)視頻控制在10分鐘左右，充分利用學(xué)生注意力最集中的時(shí)段，提高學(xué)習(xí)效果。
③學(xué)生觀看實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻。學(xué)生自由選擇觀看視頻的時(shí)間、地點(diǎn)和方式，在最佳狀態(tài)下高效率學(xué)習(xí)。學(xué)生反復(fù)學(xué)習(xí)教學(xué)視頻，掌握基本原理，熟悉實(shí)驗(yàn)儀器和操作步驟，并記錄遇到的問(wèn)題。
④在完成上述步驟的基礎(chǔ)上，學(xué)生參考指導(dǎo)書，開展理論分析和計(jì)算，規(guī)劃實(shí)驗(yàn)報(bào)告，完成預(yù)習(xí)。針對(duì)預(yù)習(xí)中遇到的問(wèn)題以及實(shí)驗(yàn)思考題，學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)相互交流，查找資料解決。
（2）課內(nèi)活動(dòng)
①學(xué)生完成基本實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在觀看教學(xué)視頻完成預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，能在半小時(shí)左右的時(shí)間內(nèi)完成教學(xué)視頻所給出的基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教師也能在此期間解答學(xué)生預(yù)習(xí)中的疑問(wèn)。
②開展協(xié)助探究活動(dòng)。該步驟包含兩部分內(nèi)容。第一，學(xué)生得到基本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果后，通過(guò)相互交流，糾正錯(cuò)誤。第二，學(xué)生開展探究，解決新問(wèn)題。教師針對(duì)指導(dǎo)書上的思考題，組織學(xué)生以3人為一組開展討論交流。各個(gè)小組分別討論思考題，探討結(jié)論，并在基本實(shí)驗(yàn)的框架上，設(shè)計(jì)和擬訂實(shí)驗(yàn)方案，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)予以實(shí)現(xiàn)。在整個(gè)過(guò)程中，教師指導(dǎo)和解答學(xué)生疑問(wèn)。該步驟有助于學(xué)生深化對(duì)基本知識(shí)的認(rèn)識(shí)，提高他們分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。
③展示和交流探究實(shí)驗(yàn)結(jié)果。各小組獨(dú)立完成探究活動(dòng)之后，教師選擇2-3個(gè)小組為示范小組。各示范小組依次為全體同學(xué)介紹解決思考題的依據(jù)、實(shí)驗(yàn)方法，展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。針對(duì)展示的情況，其他同學(xué)對(duì)比本組實(shí)驗(yàn)方案與結(jié)果，討論和補(bǔ)充改進(jìn)方法。
④實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)與反饋。經(jīng)過(guò)探究活動(dòng)、展示和交流后，每個(gè)學(xué)生首先自我評(píng)價(jià)自身掌握實(shí)驗(yàn)原理的情況，評(píng)價(jià)基本實(shí)驗(yàn)和探究實(shí)驗(yàn)采用的步驟、所得結(jié)果的情況，并列舉本次實(shí)驗(yàn)中的優(yōu)點(diǎn)和不足。然后，針對(duì)示范小組，每個(gè)學(xué)生對(duì)其實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)果打分，指出其優(yōu)點(diǎn)，提出改進(jìn)意見(jiàn)。教師整理和總結(jié)評(píng)價(jià)材料，進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)方法。同時(shí)，將對(duì)示范小組的評(píng)價(jià)情況反饋給對(duì)應(yīng)小組，促進(jìn)他們提高實(shí)驗(yàn)技巧。學(xué)生自評(píng)有助于其端正學(xué)習(xí)態(tài)度，提高學(xué)習(xí)主動(dòng)性。學(xué)生互評(píng)能幫助學(xué)生正確認(rèn)識(shí)長(zhǎng)處和不足，改進(jìn)學(xué)習(xí)方法，最終提高其應(yīng)用能力。
二 翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)舉例
下面以數(shù)字圖像處理課程中的“圖像的傅立葉變換與頻域?yàn)V波”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為例，具體說(shuō)明本文提出的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法。數(shù)字圖像處理課程是應(yīng)用型本科高校電子信息工程專業(yè)的重要課程，要求學(xué)生掌握通過(guò)程序設(shè)計(jì)開展圖像處理的基本方法。本實(shí)驗(yàn)的基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為驗(yàn)證二維傅里葉變換的平移性和旋轉(zhuǎn)不變性，實(shí)現(xiàn)圖像低通頻域?yàn)V波，學(xué)生應(yīng)掌握傅立葉變換原理和特性，熟悉圖像正、反二維傅立葉變換的程序設(shè)計(jì)方法。
根據(jù)本文提出的教學(xué)方法，教師在編寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的基礎(chǔ)上，采用錄屏軟件錄制了講解原理的視頻，以及基本實(shí)驗(yàn)操作步驟和講解的視頻。此外，指導(dǎo)書中增加的思考題為：在圖像的傅立葉變換域中，零頻、低頻和高頻數(shù)據(jù)分別代表圖像的什么信息，通過(guò)實(shí)驗(yàn)予以驗(yàn)證。
課前，學(xué)生觀看教學(xué)視頻，掌握了圖像正、反二維傅立葉變換的基本過(guò)程及其程序設(shè)計(jì)方法，熟悉了常用的讀圖、傅立葉變換、顯示等函數(shù)。針對(duì)思考題，學(xué)生通過(guò)查找資料和交流，對(duì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法也有了初步的方案。
課內(nèi)，學(xué)生獨(dú)立編寫圖像處理的程序代碼，完成基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，相互交流，糾正實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤。之后，學(xué)生以3人為一小組，針對(duì)思考題，討論設(shè)計(jì)方案，分析其可行性，并擬訂技術(shù)路線。再通過(guò)程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案，最終給出圖像處理結(jié)果。
示范小組給出的設(shè)計(jì)方案主要有兩種。如圖2所示為其中一種方案的流程圖，圖2中FFT和IFFT分別表示正、反傅立葉變換。首先，將原圖作傅立葉變換，得到頻域數(shù)據(jù)。然后，分別設(shè)計(jì)2個(gè)低通濾波器、1個(gè)高通濾波器，其中一個(gè)低通濾波器的截止頻率接近零頻。接著，分別將三個(gè)濾波器與圖像頻域數(shù)據(jù)相乘，再將乘積作反傅里葉變換，得到濾波結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。根據(jù)處理結(jié)果圖，很容易得出，傅立葉變換域中的零頻、低頻和高頻數(shù)據(jù)分別代表圖像的平均亮度、概貌和景物邊緣信息。
如圖4所示為第二種方案的流程圖。它的基本流程與方案l一致，只是逐漸增加低通濾波器的截止頻率，獲得多個(gè)低通濾波結(jié)果。當(dāng)截止頻率fe很小時(shí)，處理結(jié)果與圖3（b）一致。當(dāng)截止頻率fe分別取為10、20、30、40個(gè)像元時(shí)的處理結(jié)果如圖5所示?？梢?jiàn)，隨著截止頻率增加，濾波結(jié)果的圖片越來(lái)越清晰。由此可以說(shuō)明，零頻代表圖像平均亮度，低頻代表圖像的輪廓，高頻代表圖像的細(xì)節(jié)。
學(xué)生比較以上兩種方案，討論它們的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，就其優(yōu)缺點(diǎn)發(fā)表意見(jiàn)。大部分學(xué)生認(rèn)為方案l的結(jié)果更能說(shuō)明問(wèn)題，優(yōu)于方案2。最后，學(xué)生開展自評(píng)和互評(píng)，教師整理打分材料，并將意見(jiàn)反饋給示范小組學(xué)生。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，學(xué)生加深了對(duì)傅立葉變換本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，牢固地掌握了傅立葉變換和頻域?yàn)V波的程序?qū)崿F(xiàn)方法，提高了應(yīng)用能力。
